深水海底管道S型鋪管形態(tài)及施工工藝研究.pdf

1、海底管道是海洋油氣資源開發(fā)的生命線，對海底石油和天然氣的生產(chǎn)和外輸起著關(guān)鍵性的作用。由于深水海洋環(huán)境十分惡劣，海底管道同時(shí)受到彎矩、軸向拉力和靜水壓力的共同作用，其安全性受到很大的挑戰(zhàn)，因此開展深水海底管道鋪設(shè)施工工藝和鋪管形態(tài)的研究顯得尤為重要。深水海底管道鋪設(shè)有三種方法：S型鋪管法、J型鋪管法和卷管式鋪管法，本文在系統(tǒng)地分析和總結(jié)國內(nèi)外這三種鋪管法現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用懸鏈線理論對S型鋪管法的鋪設(shè)形態(tài)和受力性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，

2、在理論研究的基礎(chǔ)上開發(fā)了自然懸鏈線法和剛懸鏈線法的計(jì)算分析程序。利用懸鏈線程序?qū)型管道鋪設(shè)進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析，總結(jié)了不同初始參數(shù)下管道張力、鋪設(shè)形態(tài)和極限鋪設(shè)水深的變化規(guī)律。提出了深水海底管道鋪設(shè)的技術(shù)性建議，為實(shí)際管道鋪設(shè)作業(yè)提供理論基礎(chǔ)。 本文的主要研究內(nèi)容和成果概述為以下幾個(gè)方面： (1)系統(tǒng)研究了S型鋪管法國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，對管道的制作工藝和施工步驟進(jìn)行了詳細(xì)闡述，總結(jié)了S型鋪管法的施工流程，比較分析了

3、新型S型鋪管法相對于傳統(tǒng)S型鋪管法的優(yōu)勢。并列出了近年來S型管道鋪設(shè)的一些工程實(shí)例和遇到的問題。 (2)運(yùn)用懸鏈線理論建立了S型鋪管法的靜平衡微分方程，分別用自然懸鏈線法和剛懸鏈線法對平衡微分方程進(jìn)行了數(shù)值求解，并結(jié)合中間段和托管架部分研究了S型鋪管法的鋪設(shè)形態(tài)和受力性能。在理論研究的基礎(chǔ)上應(yīng)用數(shù)值方法開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算分析程序，計(jì)算分析了從鋪管船到海床的管道整體形態(tài)以及各點(diǎn)的彎矩和軸力，同時(shí)結(jié)合DNV-OS-F10l規(guī)范還可以計(jì)

4、算分析一定規(guī)格管道所能鋪設(shè)的極限水深。 (3)通過懸鏈線程序?qū)５坠艿冷佋O(shè)進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析，得出不同初始參數(shù)下(水深、管徑、壁厚、配重層厚度、托管架長度、管道初始傾角、鋼材等級、控制應(yīng)變等)管道的張力、鋪設(shè)形態(tài)和極限鋪設(shè)水深，總結(jié)了深水海底管道施工鋪設(shè)的一些規(guī)律和建議。對不同水深下管道的彎矩和軸力進(jìn)行了計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)水深對管道彎矩圖的形狀有明顯的影響，對軸力圖的形狀影響不大，水深越大反彎點(diǎn)以下部分的彎矩曲線越扁平。